高速電梯水平振動(dòng)主動(dòng)控制研究.pdf

1、隨著城市高層和超高層建筑的不斷涌現(xiàn)，電梯的速度在不斷地提高。電梯速度的提高，使得電梯的水平振動(dòng)加劇，影響了乘坐舒適性以及電梯的使用壽命。高速電梯的水平振動(dòng)控制成為一項(xiàng)重要課題。傳統(tǒng)的減振措施包括提高導(dǎo)軌精度，改變電梯尺寸以及在轎架與導(dǎo)靴之間安裝減振彈簧等，這些被動(dòng)減振的方式不需外界能源，簡(jiǎn)單易行，經(jīng)濟(jì)性與可靠性好，在電梯速度較低時(shí)，有滿意的效果。隨著電梯速度的提高，被動(dòng)減振的局限性顯示出來(lái)，振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)成為解決電梯振動(dòng)的一條新途徑。

2、本文進(jìn)行了電梯水平振動(dòng)主動(dòng)控制的研究，首先建立了電梯水平振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，然后完成了液壓主動(dòng)導(dǎo)靴及其控制策略的設(shè)計(jì)，對(duì)液壓作動(dòng)器的保壓性能及控制策略進(jìn)行了仿真驗(yàn)證和臺(tái)架試驗(yàn)，最后對(duì)電梯轎廂位姿的魯棒鎮(zhèn)定控制進(jìn)行了研究。 ⑴進(jìn)行電梯水平振動(dòng)控制研究和實(shí)時(shí)仿真時(shí)需要建立電梯水平振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型，所建模型的可靠與否將直接關(guān)系到系統(tǒng)響應(yīng)分析與控制的有效性?；趧傮w動(dòng)力學(xué)理論，把電梯轎廂的運(yùn)動(dòng)分解為平動(dòng)和繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和歐拉

3、方程給出了電梯轎廂水平振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型，把導(dǎo)輪簡(jiǎn)化為質(zhì)量-彈簧-阻尼結(jié)構(gòu)，在MATLAB/Simulink環(huán)境中建立了電梯水平振動(dòng)的仿真模型，以實(shí)測(cè)導(dǎo)軌激勵(lì)為輸入對(duì)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真所得轎廂水平振動(dòng)的加速度響應(yīng)及其功率譜密度與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合程度較高，表明所建模型是正確的，能夠滿足仿真精度要求及后繼研究的需要。 ⑵導(dǎo)致電梯水平振動(dòng)的因素有多種，其中導(dǎo)軌的不平度是產(chǎn)生電梯水平振動(dòng)的主要因素之一，對(duì)于運(yùn)行速度低于5m/s的電梯，水

4、平振動(dòng)主要來(lái)源于此。而導(dǎo)靴在電梯轎廂的運(yùn)行過(guò)程中可以衰減由導(dǎo)軌不平度引起的水平振動(dòng)，保證電梯的平順行駛，提供良好的乘坐舒適性。因此，研究新型的電梯主動(dòng)導(dǎo)靴，實(shí)現(xiàn)高速電梯的水平振動(dòng)主動(dòng)控制，具有重要的意義。按照這個(gè)思路，在被動(dòng)導(dǎo)靴的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了液壓作動(dòng)器，開(kāi)發(fā)了一種新型的液壓主動(dòng)導(dǎo)靴，針對(duì)液壓系統(tǒng)的非線性、時(shí)變等特性，分別進(jìn)行了液壓主動(dòng)導(dǎo)靴的邏輯門限值控制研究和模糊控制研究，并且以導(dǎo)軌激勵(lì)作為前饋輸入變量，對(duì)模糊控制進(jìn)行了預(yù)瞄補(bǔ)償。利用

5、MATLAB/Simulink的工具箱和函數(shù)庫(kù)編制了仿真軟件，對(duì)液壓主動(dòng)導(dǎo)靴的保壓性能以及控制策略進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，仿真結(jié)果證明了液壓主動(dòng)導(dǎo)靴的有效性和模糊預(yù)瞄控制策略的優(yōu)越性，同時(shí)說(shuō)明只要保證液壓作動(dòng)器的保壓性能，即可保證電梯水平振動(dòng)在允許的范圍之內(nèi)，從而保證電梯的乘坐舒適性。 ⑶在理論分析和仿真試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了液壓主動(dòng)導(dǎo)靴的試驗(yàn)臺(tái)架。從導(dǎo)軌激勵(lì)模擬裝置、液壓系統(tǒng)以及單片機(jī)控制系統(tǒng)三個(gè)方面敘述了試驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)和工作原理，利用

6、該模擬試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行了液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)以及電梯水平振動(dòng)主動(dòng)控制模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)中對(duì)比和優(yōu)化了控制策略。試驗(yàn)結(jié)果證明了液壓系統(tǒng)具有良好的響應(yīng)快速性和穩(wěn)定性，驗(yàn)證了液壓裝置及其控制策略的性能，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致。 ⑷電梯轎廂的位姿系統(tǒng)具有非線性、變參數(shù)、受不確定性外擾的作用等特點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高電梯，尤其是超高速電梯的水平振動(dòng)的控制效果，本文最后進(jìn)行了電梯轎廂位姿的鎮(zhèn)定控制律設(shè)計(jì)。結(jié)合電梯水平振動(dòng)模型，首先利用微分幾何的方法

7、實(shí)現(xiàn)了電梯轎廂姿態(tài)系統(tǒng)的反饋線性化。為了消除參數(shù)不確定性及外擾作用的影響，應(yīng)用Lyapunov方法分別針對(duì)轎廂的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)了位置魯棒控制器和姿態(tài)魯棒控制器。其中，應(yīng)用位移、速度和加速度反饋和Lyapunov方法設(shè)計(jì)了位置控制律；利用極點(diǎn)配置的方法和Lyapunov方法設(shè)計(jì)了姿態(tài)控制律。最后在MATLAB/Simulink環(huán)境下對(duì)魯棒主動(dòng)控制率進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果證明了在系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化及存在外部干擾的情況下，魯棒鎮(zhèn)定控制律能夠?qū)?/p>